2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new photochemical reaction model for predicting water quality transformation efficiency
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21H01462
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉村 千洋 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (10402091)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 大輔 東北大学, 工学研究科, 教授 (80550368)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光化学反応 / ラジカル / 溶存有機物 / 光学特性 / 微量有機汚染物質 / 病原ウイルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では水中における各種ラジカルの生成およびそれらと有機化合物・病原微生物の反応を記述するモデルを開発することを目的としている。2021年度（初年度）は光化学反応装置を構築した上で、1) 水中でのラジカル生成反応の定量、2)病原微生物不活化モデリング、3)光化学反応を再現するための流動モデルの開発、4)大気条件と水域表層の光化学反応の関係の解明を実施した。まず、模擬太陽光を平面上360度の方向にした照射可能な反応器をメーカと開発し、東京工業大学の実験室に設置した。これにより、水中の光化学反応を再現する実験を一定の物理条件で効率に行うことが可能となった。
全国57の湖沼やダム貯水池から表層水を採取し、その基礎的水質、光学特性、ラジカルの量子収率（一重項酸素、三重項溶存有機物）の分析を開始した。水質分析の結果、溶存有機炭素濃度が同程度であっても溶存有機物の分子構造は湖沼により異なることが示され、光学特性の観点で多様なサンプルが得られた。現時点で一重項酸素の量子収率は平均で2%程度であることが示されており、ラジカルを介した光化学反応のモデル化に必要となる十分なデータが得られる見込みである。また、水中における病原微生物不活化モデリングとして、対象ウイルスをエンテロウイルスとして、水質パラメータを説明変数とした回帰モデルを構築した。その結果、正則化回帰モデルの適用により予測精度が向上することが見出された。
さらに、コロナ禍における実験の遅れを補うため、光化学反応モデル(APEX)、湖沼水質モデル(MyLake)、大気放射モデル(SMARTS)を活用した統合モデルの開発および統合モデルを用いた感度分析も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍で光化学反応装置の導入が遅れたが、装置全体が今年度12月に完成し、本研究の主要な実験が始められる状態となった。このため、光化学実験は約半年ほど遅れて開始することとなり、予算を次年度に繰り越すことで、ラジカル生成を解明する実験を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に沿って、1)水中でのラジカル生成反応の定量、2)病原微生物不活化モデリング、3)光化学反応を再現するための流動モデルの開発を順次進める。課題１のラジカル生成反応の定量については、初年度の遅れを取り戻すため、来年度中に集中的に取り組む。そして、課題2の病原微生物不活化モデリングを継続しつつ、それらの成果を活用して課題3の湖沼水質モデルの開発を予定通り進める。つまり、課題1・2の実験結果に基づき、光化学反応に関連する量子収率および反応速度を溶存有機炭素濃度や光学特性から予測する新規モデルを作成し、そのモデルを湖沼水質モデルに組み込むことで、湖沼環境中での光化学反応の重要性を定量評価する手法を構築する。
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Research Products
(10 results)
